JPH0334874B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、レーザ出力とレーザ管に供給される
電力との相関特性を用いてレーザ装置の出力を制
御するエキシマレーザ装置に関する。

（従来の技術） エキシマレーザ装置は、エキシマ分子が励起準
位から基底準位に遷移するとき得られるレーザ
で、紫外から真空紫外域で高出力パルス光を高い
効率で得ることができる。

そのため、近年エキシマレーザ装置は癌の診断
とか治療のような医療の分野とか、ウラン
（U235）の精製などの多方面の分野において着目
され、一部実施されている。

癌の診断とか治療のために安定した出力が得ら
れるエキシマレーザ装置が強く求められている。
ウラン（U235）を効率良く濃縮するためにも、
同様に出力の安定したエキシマレーザ装置が必要
である。

しかし、現在までに知られているエキシマレー
ザ装置の出力の安定度は余り良くない。

特に電源電圧変動の影響を受けやすく、電源電
圧が±５％変化するとレーザ出力は±12％変化す
る。したがつて、出力変動を±１％以下とするに
は、電源電圧変動は±0.4％以下にしなければな
らない。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は、前述したエキシマレーザ装置の出力
の不安定要因の主たるものが、電源の変動等に原
因する供給電力の変動にあることに着目して、前
記問題を解決するものである。

本発明の目的は電源装置を制御することにより
出力の安定したエキシマレーザ装置を提供するこ
とにある。

（問題を解決するための手段） 前記目的を達成するために、本発明によるエキ
シマレーザ装置は、スライドトランスにより可変
調節される電源電圧を昇圧整流し、主コンデンサ
に放電電荷を充電する電源装置と、 出力レーザ取り出しミラー、反射ミラー、前記
ミラー間に配置されたガスが充填され前記主コン
デンサに蓄積させられた電力によりレーザ発光さ
せられるエキシマレーザ管とからなるエキシマレ
ーザ装置において、 前記いずれかの一方のミラーを透過したレーザ
発光を検出する検出器と、 前記検出器の出力を基準値と比較して差の出力
を発生する比較増幅回路と、 前記比較増幅回路の出力により駆動され前記ス
ライドトランスの出力を可変駆動することにより
前記電源装置に接続される電源の電圧を調整する
ことにより前記電源装置の主コンデンサに充電さ
れる電圧を一定に保つように制御するサーボモー
タを含む電源制御回路から構成されている。

（実施例） 以下、図面等を参照して本発明をさらに詳しく
説明する。

第１図は、本発明によるエキシマレーザ装置の
実施例を示すブロツク図である。

第２図に電源制御回路の回路図、第３図にエキ
シマレーザ装置の電源装置の回路図およびレーザ
管の断面図を示す。

エキシマレーザ管１は第１図に示されているよ
うに、出力レーザ取り出しミラー２と反射ミラー
３の間に配置されている。

エキシマレーザ装置において、通常レーザ光取
り出しの出力透過ミラーは、反射コーテイングが
なされ、透過率が70％位以上の高い透過率のもの
が用いられている。なお、コーテイングの施され
ていない石英板が用いられることもある。

これに対する反射ミラー３は、できる限り高い
反射率を有するものが要求される。

しかし、紫外域でのミラー膜作成は困難であつ
て、通常、わずかなレーザ光の透過が認められ
る。

そして、これ等の２つのミラーを透過するレー
ザ光のエネルギーの変動は、比例していると考え
て良い。

この実施例では、反射ミラー３の背後に検出器
４を配置することより、レーザ光出力に比例する
エネルギーを検出している。

検出器４として、熱エネルギー検出のサーモパ
イルを用いる。

熱エネルギー検出のサーモパイルを用いるの
は、エキシマレーザを高い繰り返しで動作すると
きに、各パルスの光エネルギーを検出するより
も、例えば、一秒間の全エネルギー（＝平均出
力、平均出力＝パルス繰り返し数Ｆ×１パルスエ
ネルギー）を検出する方が簡便であるからであ
る。

検出器４であるサーモパイルの出力信号は、レ
ーザ光出力に比例するDC信号である。

この出力は比較増幅回路５により、処理されて
基準レベル（レーザ管の出力制御目的値）との差
に相当する信Ｈが電源制御回路９に接続される。

比較増幅回路５は増幅器６と基準電圧源７と差
動増幅器８から構成されている。

検出器４の出力は増幅器６により増幅され、差
動増幅器８の非反転入力端子に接続されている。

差動増幅器８の他の入力端子には、希望するレ
ーザ出力値に対応する直流電圧が基準電圧源７に
より接続されている。

今、レーザ出力が低下して、増幅器６の出力が
この直流電圧より低下すると、差動増幅器８の出
力端子にその低下の度合に対応する大きさの負の
出力信号が現れ、何等かの理由によりレーザ出力
が上昇して、増幅器６の出力がこの直流電圧より
増加すると、差動増幅器８の出力端子にその上昇
の度合に対応する大きさの正の出力信号が現れ
る。この出力信号は、電源制御回路に接続されて
いる。第２図に電源制御回路の回路図を示す。

比較増幅回路５の差動増幅器８から負の出力信
号が現れると、その出力はダイオードD₁を介し
てリレー９１に供給され、サーモモータ９５は、
後述する主コンデンサの充電電圧を上昇させる第
１の方向に回転させられる。また、正の出力信号
が現れると、その出力はダイオードD₂を介して
リレー９２に供給され、サーモモータ９５は、後
述する主コンデンサの充電電圧を下降させる第２
の方向に回転させられる。

このサーモモータ９５の前記第１の方向の回転
により、第３図に示す電源装置１０のスライドト
ランス１０１のスライド端子１０２は、図中上方
向に移動させられ、前記第２の方向の回転により
下方向に移動させられる。

前記スライド端子１０２は昇圧トランス１０４
の一次側に接続されており、昇圧トランス１０４
は前記スライド端子１０２により接続された電圧
を昇圧する。

主コンデンサ１０７と充電コイル１０８に並列
に接続されているサイラトロン１０９はトリガ電
圧が印加される前は不導通状態にある。

昇圧トランス１０４の二次側の電圧は全波整流
器１０５により整流され、充電抵抗１０６、充電
コイル１０８を介して主コンデンサ１０７に充電
される。

主コンデンサ１０７の電荷は、サイラトロン１
０９のトリガ入力端子１１０に約1000Vのトリガ
パルス信号を入力すると、サイラトロン１０９が
通電する。その結果、主コンデンサ１０７の電荷
はレーザ管１内のピーキングコンデンサ１４に乗
り移る。

このコンデンサ電荷が放電ギヤツプ１５を通過
した後に、電極１２，１３間のレーザガス中で放
電することによつてレーザ光が得られる。

レーザ管１内には、レーザガス（HCl：Xe：
He＝0.1％：1.0％：98.9％、全圧力2.5気圧）が封
入されており、電極１２，１３は第３図の紙面に
垂直な方向に40cmの長さを持ち、それ等の間隔は
２cmである。

また、電極１２，１３間の放電の前に放電ギヤ
ツプ１５（これも紙面に対して垂直に複数個電極
１２，１３に沿つて配置されている）での放電に
より、発生した紫外光によつて電極１２，１３間
のレーザガスが電離されるので、電極１２，１３
間の放電では高圧ガスでありながら空間的に一様
なグロー放電となり、強いレーザ発振が得られ
る。この場合のXeClのエキシマレーザの波長は
308nmである。

レーザ出力は、レーザ管構造、ガス状態が定ま
れば主コンデンサ１０７に充電されるエネルギー
によつて定められる。

第４図に、主コンデンサ１０７の充電電圧V₀
を変化させたときのレーザ出力の変化を示す。

レーザ出力としては、繰り返し周波数Ｆ＝30Hz
で放電したときの平均出力を示してある（透過率
75％のミラー使用）。

第４図に示した電圧範囲では、電圧V₀とレー
ザ出力は直線的に対応している。

さらに高い電圧V₀に対しては、出力が飽和し
たり下降するので、V₀とレーザ出力は一義的に
定まらなくなる。この実施例は前記電圧V₀とレ
ーザ出力の直線的に対応する領域で前記主コンデ
ンサ１０７の電圧を制御している。

次に、数値例を示して前記エキシマレーザ装置
の動作を説明する。

レーザ管１のガス条件は前述したとおりであ
る。ミラー２，ミラー３の透過率はそれぞれ75
％，５％である。

主コンデンサ１０７の充電電圧V₀＝20KVとす
るとき、反射ミラー２を透過して得られるレーザ
出力は1.5Wとなる（第４図参照）。

このとき、検出器（サーモパイル）４には
0.1Wのレーザ光が入射する。

検出器４の熱起電力は、増幅器６によつて
100mVに増幅されて、差動増幅器８の非反転入
力端子に入力される。

差動増幅器８の一方の反転入力端子には、
100mVの直流電圧が接続されている。

レーザ出力が1.5Wより低下したときには、差
動増幅器８の非反転入力端子電圧100mVより低
下するので、差動増幅器８の出力は負電圧とな
る。その結果、リレー９１が動作してサーモモー
タ９５はスライドトランスの摺動端子１０２の電
圧V₁を上昇する方向に移動させる。

これにより昇圧トランス１０４の二次側電圧
V₂が上昇するので、結局、主コンデンサ１０７
の充電電圧V₀も上昇して、レーザ出力を増加さ
せる。この動作はレーザ出力が1.5Wになつて、
差動増幅器８の出力が０になるまで続き、０にな
つたときに停止する。

レーザ出力が1.5Wより増大したときには、差
動増幅器８の出力電位が正となり、リレー９２が
動作して、サーボモータの回転によつてスライド
トランス１０１の摺動端子１０２の電圧V₁およ
び高電圧トランス１０４の二次側電圧V₂、およ
び主コンデンサ１０７の充電電圧V₀を減少させ
る。これにより、レーザ出力は1.5Wまで低下し、
1.5Wの出力でサーモータ９５の回転は停止する。

（変形例） 以上詳しく説明した実施例について本発明の範
囲で種々の変形を施すことができる。

前記実施例では、検出器にサーモパイルを使用
したが、サーモパイルだけではなく、他の検出素
子、例えばシリコンのホトセルを使うことも可能
である。

この場合には、光電流、あるいはこれを電圧変
換して得られる電圧はパルスであるので、ピーク
ホールド回路でパルスのピーク値をホールドして
DC信号に変換して、差動増幅器８に入力すれば
良い。

（発明の効果） 本発明によるエキシマレーザ装置は、ミラーを
透過したレーザ発光を検出器により検出し、これ
を比較増幅回路、電源制御装置を介して電源に負
帰還しているから、レーザ出力を一定に保つこと
ができる。

本発明によるエキシマレーザ装置の制御系は、
全システムのループにより形成されているから、
電源変動のみならず、他の要因による変動に対し
ても安定化を計ることができる。

前記構成により、出力の安定なエキシマレーザ
を供給することができ、次のような応用が期待さ
れる。

エキシマレーザ励起色素レーザ光をHPD（ヘ
マトポルフイリン誘導体）を用いた光化学反応
による癌の診断、治療に使う応用において、エ
キシマレーザ出力が安定することによつて、 １ 癌部から安定した赤色螢光が得られるの
で、正確かつ迅速な診断が可能となる。

２ 10〜20分間の治療中に、全照射レーザ光エ
ネルギーが正しく把握できるので、信頼性が
高くかつ再現性の大きい治療が期待できる。

天然ウランをエキシマレーザを用いてウラン
235の同位体を濃縮する応用において、ウラン
235の収集が正確に行なえる。

その他エキシマレーザの光出力の安定性が問
題とされる分野（光化学反応、光CVD、光エ
ツチング、分光測光等）で有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明によるエキシマレーザ装置の
実施例を示すブロツク図である。第２図は、電源
制御回路の実施例を示す回路図である。第３図
は、主として前記電源装置の実施例を示す回路図
である。第４図は、前記エキシマレーザ装置の電
源装置の主コンデンサに充電された電圧とエキシ
マレーザ装置の平均出力の関係を示すグラフであ
る。 １……エキシマレーザ管、１２，１３……エキ
シマレーザ管の放電電極、１４……ピーキングコ
ンデンサ、１５……放電ギヤツプ、２……出力取
り出しミラー、３……反射ミラー、４……検出
器、５……比較増幅回路、６……増幅器、７……
基準電圧、８……差動増幅器、９……電源入力制
御装置、９１，９２……リレー、９５……サーボ
モータ、１０……エキシマレーザ管の電源、１０
１……スライドトランス、１０２……スライドト
ランスの摺動端子、１０４……昇圧トランス、１
０６……充電抵抗、１０７……主コンデンサ、１
０８……充電コイル、１０９……サイラトロン、
１１０……トリガ入力端子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ スライドトランスにより可変調節される電源
   電圧を昇圧整流し、主コンデンサに放電電荷を充
   電する電源装置と、 出力レーザ取り出しミラー、反射ミラー、前記
   ミラー間に配置されたガスが充填され前記主コン
   デンサに蓄積させられた電力によりレーザ発光さ
   せられるエキシマレーザ管とからなるエキシマレ
   ーザ装置において、 前記いずれかの一方のミラーを透過したレーザ
   発光を検出する検出器と、 前記検出器の出力を基準値と比較して差の出力
   を発生する比較増幅回路と、 前記比較増幅回路の出力により駆動され前記ス
   ライドトランスの出力を可変駆動することにより
   前記電源装置に接続される電源の電圧を調整する
   ことにより前記電源装置の主コンデンサに充電さ
   れる電圧を一定に保つように制御するサーボモー
   タを含む電源制御回路から構成したことを特徴と
   するエキシマレーザ装置。 ２ 前記検出器はサーモパイルである特許請求の
   範囲第１項記載のエキシマレーザ装置。 ３ 前記検出器は反射ミラーの裏面に配置されて
   いる特許請求の範囲第１項記載のエキシマレーザ
   装置。